[发明专利]一种基于计算机视觉的收费站交通状态监测装置和方法

权利要求书

1.一种基于计算机视觉的收费站交通状态监测方法，该方法使用的装置包括摄像机(1)、通信电缆(2)和计算机(3)，所述的摄像机(1)为多台，分别设置于收费站各车道的入口处、出口处以及入口处和出口处之间的车道上，其中，车道上等间距的设置多个圆形区域(4)；通信电缆(2)的一端与摄像机(1)连接，另一端与计算机(3)连接；

所述车道入口处和出口处的摄像机(1)均用于采集车辆的车牌信息；车道上的摄像机(1)用于采集车道上的圆形区域(4)被遮挡情况的图像信息；通信电缆(2)用于将摄像机(1)采集到的图像数据信号传送至计算机(3)，计算机(3)对接收到的数据信号进行处理和分析，并在收费站车道交通状态处于异常状态时，进行报警提示；

其特征在于，包括如下步骤：

1)在收费站的每个车道上，从收费亭(5)处由近及远每间隔距离d设置一个圆形区域(4)，该区域颜色与周围环境对比鲜明；

2)从收费亭(5)处由近及远设置多台摄像机(1)，分别设置于各车道的入口处、出口处以及入口处和出口处之间的车道上，其中车道上的每台摄像机(1)均可监控其所在车道上的多个圆形区域(4)；

3)通过计算机(3)提供的图形用户界面对各车道上每个摄像头下的多个圆形区域(4)进行标记，并根据距离收费亭(5)距离由近及远从1到N依次给每个圆形区域(4)进行编号，其中N为圆形区域(4)的个数；

4)标记某一个圆形区域(4)并用F表示，假定该圆形区域(4)对应的半径为r，以圆形区域F为圆心构造一个大于圆形区域F的圆形区域，并用A表示，其半径为圆形区域F和圆形区域A非重叠区用圆环区域B表示，根据圆形区域F和圆环区域B构建圆形区域F的目标模型：

其中，n1为圆形区域F中的颜色数量，n2为圆环区域B中的颜色数量，f(C_Fi)表示圆形区域F中颜色C_Fi出现的比例，f(C_Bj)分别表示圆环区域B中颜色C_Bj出现的比例，D(C_Fi,C_Bj)表示颜色C_Fi和颜色C_Bj的欧式距离；

5)使用步骤4)中建立的目标模型判断某圆形区域F上是否停有车辆：首先计算没有车辆遮挡该圆形区域F的目标模型值，记为M(F,B)；允许车辆进入车道时，再次计算该圆形区域F的目标模型值，记为M₁(F,B)，若|M(F,B)-M₁(F,B)|大于阈值T1，则表示该圆形区域F已被车辆遮挡，即有车辆停在该圆形区域F上；若|M(F,B)-M₁(F,B)|小于阈值T1，则表示没有车辆停在该圆形区域F上；

6)根据步骤5)按照圆形区域的编号，从大到小依次判断各圆形区域(4)上是否停有车辆，判断至距离距离收费亭(5)最远的被车辆遮挡的圆形区域(4)时，假设该圆形区域(4)的编号为K，则可计算出该车道上排队的车辆长度L＝K*d；当L大于设定值时，监测终端发出报警提示；

当要判断某车道上排队等待的车队中是否存在大段空闲距离，则根据步骤(6)所判断的最远的被车辆遮挡的圆形区域(4)的编号，从大到小依次判断各圆形区域(4)上是否停有车辆，当发现某些圆形区域(4)上未停有车辆，则说明排队等待的车队中存在过大的空闲距离，监测终端发出报警提示；

7)将车道入口处的摄像机(1)采集的车辆号码及采集时间作为该车道队列的一个元素按照时间顺序不断从队列的队尾插入队列Q中，当一辆车缴费完成离开收费站时，则将车道出口处的摄像机(1)所采集的车辆车牌信息从队列Q的队头中删除，队列Q中所包含的元素数量即车辆数量；当车辆数量大于设定值时，监测终端发出报警提示；

出口处摄像机(1)采集车辆车牌信息的采集时间与该车牌信息在队列Q中所保存的该车辆进入收费站车道入口处时的采集时间相减即可得到某车辆自进入收费站到离开收费站所需要的停留时间；

8)使用步骤7)中采集的车辆信息判断车道上是否有车辆插队：根据车道出口处摄像机(1)采集到的车辆车牌信息，在该车道所对应的的队列Q中查找是否存在该车辆车牌信息，若队列Q中不存在该车辆车牌信息，则说明该车辆是从其他车道变道插入的车辆，监测终端发出报警提示。